Helmholtz-Gymnasium Karlsruhe

Gelungene Schulpräsentation über Kippen und ihre Umweltfolgen 
 
Drei Sauberkeitspatinnen des TSK (Petra Raquet, Irene Seyfried-Wilhelm und Gabriele Berblinger) aus den Bergdörfern sowie Herr Prof. Dr. Peter Eyerer, Leiter der Offenen Jugendwerkstatt Karlsruhe e.V. in Wettersbach nahmen die Einladung des Helmholtz-Gymnasiums gerne an, brennt ihnen doch das Thema unter den Nägeln. Am 23.10.2023 brachten sie in einem eindrucksvollen Vortrag zwei 10. Klassen das wenig beachtete Umweltproblem “Zigarettenkippen” mit großem Fachwissen und Engagement näher. 
Im Anschluss an den interaktiven Vortrag mit schlagkräftigen Argumenten wie die hohe Toxizität und das Mikroplastik der Filter zogen ca. 40 Schüler/innen im Umfeld des Helmholtz-Gymnasiums los, um 
Kippen und Müll zu sammeln. Hochmotiviert sammelten sie ca. 5.000 Kippen in nur 45 Minuten sowie jede Menge Restmüll. Zur Demonstration wurden die Müllmengen vor dem Schuleingang nach Abschluss der Sammlung ausgekippt und sorgten somit nochmals für großes Staunen. Kippen, die man aufgrund ihrer Größe kaum wahrnimmt, machen einen Großteil des urbanen Mülls aus und verursachen hohe Reinigungskosten für Städte und Gemeinden. Mit dem Hintergrundwissen aus der vorangegangenen Präsentation erkannten die Schüler/innen den enormen Handlungsbedarf zur Bewusstseinsbildung. Für eine angekündigte Sammlung von Kippen zum Weltnichtrauchertag im Juni 
2024 zeigten sie starkes Interesse. 

Praktikum für Nachwuchsmolekularbiologen am 25.09.2023

Drei Schülerinnen und ein Schüler aus dem Biologie-Leistungskurs der K2 hatten am 25.09.2023 die Möglichkeit am Institut für Biochemie und Molekularbiologie, der Universität Freiburg an Praktika , die Universitätsniveau erreichen, teilzunehmen. Den Gymnasiastinnen und Gymnasiasten, die vor dem Abitur stehen, sollten hier auch die Möglichkeit haben, sich über Studienmöglichkeiten in den „Life Sciences“ zu informieren.

Da das Praktikum bereits um 9:30 Uhr startete, mussten wir schon gegen 7 Uhr mit dem Zug in Karlsruhe losfahren. Jeder Teilnehmende hatte einen eigenen Arbeitsplatz, an welchem man im Verlaufe des Tages die molekularbiologischen Verfahren selbst anwenden durfte. Das Seminar begann mit einer theoretischen Einführung in das zu untersuchende Anwendungsbeispiel: Mit Verfahren wie der PCR (Künstliche Vervielfältigung von DNA-Sequenzen), dem Western Blot (Nachweis von bestimmten Proteinen in einer Probe mittels passenden Antikörpern) und einer Gelelektrophorese (Auftrennung von unterschiedlich langen DNA-Fragmenten der Länge nach, um mit dem entstehenden Bandenmuster auf Krankheitsbilder / Verwandtschaften zu schließen) sollten wir DNA-Sequenzen analysieren und nach Mutationen in bestimmten Genen Ausschau halten, die bei dem Träger der DNA die sogenannte Creutzfeldt-Jakob-Krankheit auslöst. Wenn Teile bestimmter Gene fehlen, so ist der Träger von der Krankheit betroffen. Diese Mutationsart, welche eine verkürzte DNA-Sequenz fordert, nennt man Deletion. Der Molekularbiologe Jan Brix erklärte uns grundlegende Prozesse wie die Vervielfältigung von DNA, Mutationen und die oben genannten molekularbiologischen Nachweisverfahren (PCR, Western Blot, Gelelektrophorese) anhand des Anwendungsbeispiels und ging dabei sehr anschaulich in die Tiefe. Zudem lag uns auch ein sehr ausführliches Skript mit ca. 30 Seiten vor, das all diese Theorie – aber auch Arbeitsanweisungen und Platz zum Protokollieren enthielt. 

Zuallererst durften wir mit professionellen, automatischen Pipetten die DNA-Lösung aufbereiten, sodass man sie weitergehend analysieren konnte. Da ich nur das ungenaue Pipettieren mit Plastikpipetten aus dem Chemieunterricht kannte, war ich sehr erstaunt darüber, dass man die Pipetten im Labor auf den Milliliter genau programmiert und dann immer exakt diese Menge aufnimmt bzw. abgibt. Anschließend wurden alle Proben noch für einige Sekunden zentrifugiert, bevor sie für die PCR im Thermocycler-Gerät bereit waren. Logischerweise muss man die Proben immer möglichst gegenüber in die ringförmige Zentrifuge stellen, denn sonst würde diese kaputt gehen. Das ergibt zwar Sinn – vor allem wenn man bedenkt, dass das Gerät mit bis zu 500 000 Umdrehungen pro Minuten unvorstellbar schnell rotiert – aber bewusst war mir dies vorhin trotzdem nicht. Etwa 2 Stunden lang wurden die DNA-Fragmente im Thermocycler dann vervielfältigt und in der Zwischenzeit haben wir den Western Blot durchgeführt. Dafür haben wir Teststreifen, die Körperflüssigkeiten von Patienten enthielten, mittels passender Antikörper auf spezifische Proteine untersucht. Nach der Aufbereitung von diesen Proben (genau wie oben erklärt) wurden pro Probe eins von vier Antikörperseren hinzugegeben, dessen Antikörper sich passend an eine von vier zu untersuchenden Proteinarten anlagern kann. Damit sich die Antikörper gleichmäßig in der Probe verteilten, lagerten wir diese für etwa eine halbe Stunde auf dem sogenannten “Schüttler” – ein Gerät, dass sich langsam und gleichmäßig hin- und herbewegt und die Proben somit durchschüttelt. Witzig, welche einfachen Bewegungen im Labor von Maschinen über einen langen Zeitraum hinweg übernommen werden, oder?

Während die einen Proben geschüttelt wurden und die anderen noch eine Weile im Thermocycler verbleiben sollten, verbrachten wir unsere Mittagspause draußen. Wir konnten den schönen Park, welcher den Campus umschließt, bewundern und waren nach einem zehnminütigen Fußmarsch bereits in der Innenstadt, wo wir ein kleines Mittagessen und leckeren Spezialitätenkaffee genießen konnten. Als Studiernder in Freiburg hat man in der Zeit zwischen Vorlesungen oder praktischer Arbeit mit der Nähe zur Innenstadt und der Mensa auf dem Campus definitiv eine große Auswahl!

Nach der Mittagspause fügten wir unseren Protein-Antikörper-Proben farblose Vorstufenmoleküle hinzu, lagerten die Probe für eine kurze Zeit erneut auf dem “Schüttler” und kamen dann zur Auswertung des Western Blots. Durch den letzten Schüttelvorgang konnten sich die farblosen Vorstufenmoleküle an die Antikörper binden, welche an den Proteinen in der Probe gebunden sein sollten. Für die Auswertung wurde unsere Membran, welche ich vorhin als Streifen bezeichnet habe, zwischen zwei Filterpapiere gespannt und in einen Apparat gegeben, der die Umwandlung der farblosen Vorstufe in eine sichtbare Färbung erwirkte. Da unser Streifen an einer bestimmten Stelle, die für eins der vier Proteine charakteristisch ist, gefärbt war, war dieses Protein nachweislich vorhanden.

Zum Schluss werteten wir dann noch unsere vervielfältigen DNA-Proben aus, indem wir sie mittels einer Gelelektrophorese der Länge nach auftrennen und so ein charakteristisches Bandenmuster erhalten sollten. Mit krebserregenden Chemikalien (Schutzbrille und Handschuhe sollten getragen werden) stellten wir zuerst eine Gelplatte her. Anschließend legten wir in dieser Gelplatte kleine “Taschen” oder auch Löcher an, in die wir unsere Proben hineinpipettiert haben. Nachdem die Gelelektrophorese fertig konfiguriert war, legten wir eine Gleichspannung an. Da DNA leicht negativ geladen ist, wanderten unsere Proben vom Minuspol (Startpol) langsam zum Pluspol. Kürzere DNA-Fragmente können sich dabei schneller durch das Gelnetz bewegen als längere. Nach etwa einer Dreiviertel Stunde wurde die Spannung abgeschaltet und die Gelplatte in einem Gerät Fluoreszenz ausgesetzt, sodass die Banden (welche die einzelnen DNA-Fragmente darstellen) sichtbar wurden. Durch die Auswertung wurde klar, ob die Träger unserer Proben von der Creutzfeld-Jakob-Krankheit betroffen waren oder nicht. DNA-Fragmente, die aufgrund der Deletion bestimmter Genabschnitte kürzer als vergleichbare DNA-Sequenzen sind, wandern schneller durch das Gelnetz und sind im Bandenmuster weiter unten zu sehen. Da so eine tieferliegende Bande bei meiner Probe zu sehen war, konnte ich also darauf schließen, dass mein Patient erkrankt ist.

Abschließend möchte ich sagen, dass mir das Praktikum großen Spaß gemacht hat. Es war wirklich toll, die ganze Theorie, welche man im Unterricht gelernt und ständig bei Übungs- & Klausuraufgaben anwenden musste, auch mal tatsächlich in der echten Welt auszuprobieren. Außerdem haben wir vieles über das Studentenleben in Freiburg und molekularbiologische Studiengänge erfahren. Vielen Dank an das Veranstalter-Team aus Freiburg und vor allem an Frau Wolff, die mir – Josia und meinen Mitschülerinnen Clara, Tina und Sarah diesen aufschlussreichen Praktikumstag ermöglicht hat!

Vom 24. bis 26.05.2023 richtete das Helmholtz-Gymnasium in Karlsruhe zusammen mit dem KIT ein MINT-EC Camp zu erneuerbaren Energien aus. 20 hochmotivierte Schülerinnen und Schüler aus dem In- und Ausland erhielten Einblicke in die Forschung und Inspirationen für Studien- und Berufsfelder aus dem Bereich der regenerativen Energien.

Eike, Emilia, Alexander, Nathalie und Martin sind konzentriert bei der Sache. Die Schülerinnen und Schüler bauen im Wasserlabor des KITs an einem Wasserrad. Zuvor haben sie die theoretische Leistung eines oberschlächtigen Wasserrades bestimmt, nun soll ein solches Wasserrad gebaut und anschließend sollen Daten empirisch erfasst werden. Ist die Diskrepanz zwischen dem errechnetem Wert und dem gemessenen groß, muss am Wasserrad nachgebessert werden. Dabei wird der Wirkungsgrad, also der Quotient aus tatsächlicher Leistung zu theoretischer Leistung bestimmt und mit Hilfe einer Formel und den empirisch erhobenen Messwerten der optimale Betriebsbereich des konstruierten Wasserrads ermittelt. 

Das vom Helmholtz-Gymnasium in Karlsruhe organisierte  MINT-EC Camp ist in vollem Gang. Rund 100 Schüler*innen im Alter von 16 bis 18 Jahren haben sich für das mehrtägige Camp in Karlsruhe beworben, 20 wurden ausgewählt. Die Teilnehmenden kommen aus Karlsruhe, Stuttgart, Heilbronn, München, Frankfurt, Nordrhein-Westfalen, Nordfriesland eine Schülerin ist sogar von einer deutschen Schule in Washington, USA angereist. Ihre Anreise haben sie selbst organisiert, für das Programm sowie für die Unterbringung und Verpflegung vor Ort sind Frau Dr. Wolff und Herr Unger vom Helmholtz-Gymnasium verantwortlich.  

Am Nachmittag fahren die Jugendlichen zum Campus Nord und lernen im Wasserstoff Technikum, die Sicherheitsanforderungen an diese Technologie, kennen. In mehreren riesigen Druckkammern wird die Ausbreitung von Wasserstoff beobachtet und werden die Entwicklungen von Explosionen untersucht, erklärt Professor Jordan, Leiter der Abteilung Wasserstoff am Institut für Thermische Energietechnik und Sicherheit. Neben der Besichtigung der Anlagen war die Fahrt mit dem Wasserstoffbetrieben KITBus mit ein Highlight. „In der Schule hört sich Energie aus Wasserstoff so abstrakt an, ich wusste gar nicht, dass die Arbeiten dazu schon so konkret sind“, sagt Babett begeistert, „jetzt sitze ich in einem Bus, der mit Wasserstoff fährt, das ist voll krass“.  Michael Gauß vom Zentrum für Mediales Lernen, der das Camp-Programm für das KIT organisiert hat, meint: „Die Schülerinnen und Schüler sind sehr interessiert  – es macht großen Spaß mit ihnen zu arbeiten.“ Gauß hofft, dass sich diese Begeisterung für Naturwissenschaften später auf die Berufswahl auswirkt und sie nach dem Abitur am besten gleich am KIT mit einem MINT Studium beginnen. 

Am nächsten Tag stand die Besichtigung eines Geothermie Kraftwerks in Insheim auf dem Programm. Dipl. Geologe Bernhard Potthoff gab eine theoretische Einführung in die Energie aus dem Erdinneren. „Unter unseren Füßen schlummert ein bislang kaum genutztes Potenzial“, erklärt Potthoff. „In zwei bis drei Kilometern Tiefe lagert Thermalwasser mit mehr als 100°C, damit könnte man nicht nur ganze Städte beheizen, sondern auch Turbinen zur Stromerzeugung antreiben. Anders als bei Wind- und Sonnenenergie, deren Gewinnung in Abhängigkeit vom Wetter schwankt, ist die Wärme aus dem Boden dauerhaft verfügbar und importunabhängig“. Dabei stellt Potthoff nicht nur die Vorteile dar, sondern geht auch auf die Risiken der Geothermie ein.  Erdwärme-Bohrungen sorgten für Hebungsrisse mit hohem Schaden, auch Erdbeben wurden bereits mehrfach durch Bohrungen ausgelöst. Er zeigt auch ganz konkret, z.B. wie der Bundestag in Berlin mithilfe von Erdwärme im Winter geheizt und im Sommer gekühlt werden kann.

Anschließend führte Frau Sarah Herfurth von der Firma Vulcan Energie, die Schülerinnen und Schüler durch das Geothermiekraftwerk und erklärte neben der Stromgewinnung auch die Versorgung von ca. 800 Haushalten mit Fernwärme. Schließlich gewährte sie noch Einblick in die Labore zur Lithiumgewinnung. Vulcan Energie möchte Lithiumhydroxid auf Basis von Thermalwasser im Oberrheingraben gewinnen und demnächst damit die europäische Automobilindustrie über kurze Wege beliefern, Abnahmeverträge gibt es bereits viele, so Herfurth.

Auf der Rückfahrt zum Campus wo nach dem Mensaessen mehrere Modellexperimente zur Geothemie auf die Teilnehmenden warten, wird weiter über das Thema Geothermie diskutiert. 

Wir möchten an dieser Stelle bei der Vector Stiftung herzlich danken, ohne deren finanzielle Förderung dieses Camp nicht hätte angeboten werden können.

Dr. Doris Wolff